光子晶體之光學傳輸與量子光學現象
Professor retired, Department of Photonics, National Chiao Tung University 交通大學光電系退休教授
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光子晶體之光學傳輸與量子光學現象
2021年4月28日 星期三
第六章 掌控您的相機(二)
建立重點和順序
鏡頭光圈控制景深,並以此定義重點和順序。人類是視覺的生物。我們的主要感知是視覺。當我們看到一個看起來清晰銳利的物體時,我們會注意到它。當物體模糊或朦朧時,我們對其失去興趣,以至於當物體完全模糊時,我們往往根本不去看它。
將這種觀察結果轉化為攝影術語,看起來清晰的物體較突出會引起我們的注意。模糊的對象失去重點,我們傾向於將它們視為次要的。因此,通過選擇性地使用對焦和景深,可以指示影像的觀者看到哪些物體以及以什麼順序觀看,也可以完全隱藏物件。
讓我舉兩個例子。右側的影像具有從前景到背景的廣泛景深。因為這是一幅風景圖片,並且我希望您遵循我在整個圖片空間中一直創建的假想路徑,所以所有視覺元素都必須清晰銳利,這一點很重要。
更加有趣的是在此我指定了您觀看這個影像中主題的順序。前景中白色最亮的水花先吸引您的目光,因此是您看到的第一個元素。然後,沿著河水流向遠方,來到背景被晨曦照射火紅的山頂,儘管有些柔和,但接下來您的眼睛會沿著山的稜線掃回來,最後您的目光被中景的枯樹阻隔。這裡強調了山與水的相輔相成。
接下來,右邊的影像說明了相反的情況。在這裡,我希望您的注意力集中在黃花上的這隻蜜蜂上。因此,為了使蜜蜂與背景(實際上是雜亂的綠葉和雜物)隔離開來,我選擇了一個大光圈和大放大倍率以大大減小景深。結果是背景太模糊,以至於您完全忽略了它。
上面的風景影像是通過對焦場景中稱為超焦距的一點可以使景深最大化。 場景中最接近的可見對象距離相機約1.5公尺,而最遠的對象處於無限遠的有效距離。如果您將相機對焦在無窮遠處,假設景深從10公尺延伸到無窮遠處。在此例子中,距離相機5公尺的最近物體將出現超出景深範圍(即10公尺到無限遠)而變得模糊不清。
了解曝光
在數位攝影中,有一種信念認為在相機內進行精確曝光並不重要,因為您稍後可以在影像處理軟體如Photoshop中對影像進行後製;相反地,還有一群追隨「不惜一切代價避免突出高光」這個信念的人。 在本節中,我將解釋這些信念都不成立的原因。
曝光是攝影的功能之一,似乎讓每個人都為之著迷。但沒必要如此。掌握的關鍵曝光是了解相機的通過透鏡(TTL)測光儀(光度計)何時為您提供正確曝光值。一旦牢記了測光概念,不僅可以確保每次都能準確曝光,還可以按照感知的方式(而不是實際)「繪製」場景,從而為您提供完整的場景控制受光影響的影像創作。
測光
在前一章中,我解釋了相機所看到的只是灰階。相機的測光錶也是如此。TTL測光儀將真實世界和其中的所有內容視為18%反射的中間色階灰色。天鵝的羽毛、雪、煤堆,根據測光錶,一切都是18%的中間色階灰色。
因此,相機中TTL測光錶給出的曝光值會將被攝物體記錄為中等色階。假設您正在拍攝美麗的雪景。您將相機設置為自動曝光(AE)模式並拍攝照片。檢視影像時,您會發現積雪看起來灰色,而不是地面上一樣鮮豔的白色。現在您知道為什麼了:相機認為它是灰色的,準確地說是18%反射的中色階灰色。拍攝黑色物體時也會發生相同的情況。以相機的自動曝光為例,一隻黑熊看起來更像一隻灰熊。
您已經知道相機中TTL測光錶如何給出曝光值,如此,計算曝光值變得更加簡單。您所要問的是:「我正在拍攝的對象是中等色階?是比中等色階更亮?還是比中等色階更暗?」如果是中等色階,則相機計算出的曝光值在技術上將是準確的。但是,如果它比中等色階亮或暗,則您需要補償相機計算的曝光值(將拍攝對象記錄為中等色階)時所進行的操作,例如:減EV或加EV。
下圖顯示了場景色階從黑到白可以進一步細分為五個部分(對應直方圖中的五條分隔線)。中間部分代表18%的中等色階的灰色。中間的右邊是淺灰色(比中色階高1擋或1.5擋,決定於感測器動態範圍5擋或6擋),然後變成白色(比中色階高2擋或3擋)。中間的左側是深灰色(比中色階暗1擋或1.5擋),然後變成黑色(比中色階暗2擋或3擋)。用簡單的術語來說,色階可以分為五個部分,分別稱為淺調、四分之一調、中調、四分之三調和暗調。
通過決定拍攝對象的色階落在五個方框中的哪個框中,可以很容易地看出相機曝光不足或曝光過度的程度,從而呈現出中等色階。例如,白雪將掉入標記為白色(最右邊)的框中,該框的亮度比中等色階高2或3擋。為使白色以中等色階出現,相機會將場景曝光不足2或3擋。因此,為了補償相機的工作,您需要應用相反的曝光補償量,在此例子中,應該補償曝光量為2或3擋,即打開曝光使2擋更多的光線進到感測器。
如果照片的主題的色階為深灰色(例如針葉樹),則該影像會落在標記為深灰色(比中等色階暗1或1.5擋)的框中。為了以中等色階記錄深灰色的拍攝對象,照相機將曝光過度1或1.5擋(以使暗灰色變亮)。同樣,您將需要應用相等且相反的曝光補償量。在此例子中,為負1或1.5擋(即關小曝光以減少1擋或1.5擋的光)。
為了說明這是如何工作的,我將通過一個真實的例子來計算準確的曝光。該影像的主題是一隻白色的黑面琵鷺在水中覓食。計算該場景的曝光困難之處在於,沒有明顯的中等色階,並且有光從水面反射的影響。為了計算曝光量,我選擇了點測光模式。然後,我從琵鷺的前胸中獲取測光讀數,在這種情況下,我的曝光值為f/8時要1/1000秒。 因為我從經驗中知道,這種未補償的曝光值將使幾乎白色的羽毛變為中等灰色,因此我採用了2擋的曝光補償(白色接近中等色階的亮度要高2擋)。這使我在f/8時的修正曝光值為1/250秒。結果是一張黑面琵鷺的照片,記錄了鳥的羽毛,就像它們在現實生活中一樣。
運用自己的測試
由於數位攝影中色階的性質,現在許多相機內測光錶已被校準為不同於18%灰度的反射,這使基於上述理論的曝光計算過程變得複雜。出於這個原因,值得測試您自己的相機以顯示其儀表的校準方式。以下是一個非常簡單的步驟:
1、將相機設置為自動曝光模式和點測光模式。
2、設置自動包圍曝光,以1/2擋為增量拍攝九張影像。 如果您的相機未啟用此選項,請使用手動包圍。
3、使用18%的灰卡作為主題,曝光包圍曝光的序列(理想情況下,以RAW檔拍攝)。
4、在電腦上查看影像。以最接近灰卡的匹配為準,將顯示應針對等於18%反射率的曝光值應用的補償程度。
計算曝光補償
現在,簡單的部分已經解決了。 困難的部分和掌握曝光的真正技巧是確定主體的實際色階,即不是中等色階。在自然界中,許多常見的主題都是中等色階。 例如,綠草、中午的藍色夏日天空和桃紅色。比中色階主題明亮的一些例子是水仙花黃,乳酪黃(比中色階加亮1.3擋),早上的湛藍天空(加1擋)和人的手掌(加1擋)。極端情況是諸如雪或天鵝的羽毛之類的物體或任何白色紋理的物體,所有這些物體都比中間色階亮2或3擋左右。暗於中度色階的對象包括綠色、深紫色和深灰色(全為負1或1.3擋)和黑色(全為負2或3擋)。
評估色階
學習如何評估色階以計算曝光補償時,一個有用的習慣是隨身攜帶柯達灰卡,該卡可以從大多數大型照相零售商那裡購買。在現場拿起卡片,然後將其色階與主題的色階進行比較。使用灰卡作為參考,評估對像是中等色階還是比中等亮度或更暗相對簡單。評估了主體的整體色階後,您需要確定它屬於五個方框中的哪個。例如,如果它比中等色階淺但不是白色,則必須為淺灰色。 相反,如果它比中間色階深但不黑,則必須為深灰色。這是一種計算曝光補償所需值的相對簡便的方法。
接觸和對比
當單一色階主導時,上面敘述的曝光方法非常好。但是,當場景包含較大的動態範圍時會發生什麼?當前單反相機的動態範圍為5至7級。相比之下,場景動態範圍可以達到9到11級(並非不可能,更廣泛的範圍,尤其是在晚上),以及人類視覺的動態範圍(大約14級)。從攝影的角度講,這意味著場景中的色階範圍雖然可以被人眼輕鬆分辨,但通常超出了相機紀錄真實場景的能力。
測量場景動態範圍
要測量場景動態範圍,首先將相機切換到點測光模式。選擇代表最亮色階的場景區域並記錄曝光值。然後移動相機以測出最暗色階的場景區域。同樣,請注意曝光值。通過計算兩點曝光擋數之間的差,您將計算場景動態範圍。
以下圖所示的場景為例。在這個場景中最亮的區域是白雲。場景最暗的區域位於照片左邊的山和樹的陰影中。當我為該場景曝光時,我對雲層進行了讀表,這使我在f/16時的曝光時間為1/2,000秒。相比之下,陰影區域的儀表讀數在f/16時為1/15秒。計算兩個讀數(1/15至1/30、1/60、1/125、1/250、1/500、1/1,000和1/2,000秒)之間的擋數,我的場景動態範圍為8擋,超出相機感測器感光度的動態範圍(5-6擋)。因此,為了在場景的所有區域中保留細節,必須減小場景動態範圍或增加相機記錄的動態範圍。這需要使用所謂「高動態範圍攝影」技術,我們將在第八章詳細介紹。
管理高對比度場景
由於上一個例子中的場景動態範圍超出了相機的動態範圍,因此如果我在不管理光線的情況下拍攝照片,那麼我將丟失高光或陰影或兩者的細節,具體取決於我設置的曝光條件。例如,通過正確曝光高光區域,陰影區域可能曝光不足。相反地,如果我對陰影正確曝光,則高光會曝光過度,亮度被裁剪。曝光中間色階會導致高光和陰影細節都被裁剪。
在色階變化遵循線性模式的情況下,例如從明亮的天空朝著陰影前景變暗,可以使用漸變的中性密度濾光器(簡稱漸層鏡)對光進行光學管理。漸層鏡的目的是阻擋場景某一部分的高光,同時允許另一部分的所有光通過濾鏡,從而減小場景動態範圍。
使用上述景觀,我的計算顯示出場景的動態範圍為8擋,超出了相機的動態範圍2擋。因為場景中最亮的區域位於框架的上方(雲),所以我可以在鏡頭的前面放置一個2擋強度的漸層鏡以覆蓋影像框內的這一部分,這將減少最短的曝光時間從f/16的1/2,000秒減少到f/16的1/500秒(快門速度等於慢2擋),這會將場景動態範圍從8擋降低到6擋的相機動態範圍內 。實際上,使用3擋強度的漸層鏡,將陰影從紋理黑色提升為深灰色,從而獲得了更多細節。
在色階變化不太均勻且非線性的地方,由於使用漸層鏡變得不切實際,因此減少了用於管理光線的選項。在某些情況下,可以分別使用漫射器或反光板來軟化光的品質或將光反射回陰影區域。這兩種解決方案都降低了對比度。但是,該解決方案也可能是不切實際的。此外,可以使用偏光鏡去除鏡面反射高光,但這對於非鏡面反射形式出現的對比度沒有幫助。
如果無法在相機動態範圍內管理對比度,那麼唯一的辦法就是曝光場景的高光或陰影記錄細節。在這種情況下,根據經驗,最好是捕捉高光部分細節。原因是心理上的,人類習慣於在現實生活中看到無特徵的黑色區域,我們稱它們為陰影。因此,當我們在影像中看到一片無色階的黑色區域時,我們只是對自己說:「那是陰影。」但是,如果有的話,我們很少會看到大面積的燒毀的高光(除非您直視太陽),因此當我們在照片中看到它們時,我們會失去平衡,因為我們無法識別它們。
高動態範圍成像和照片合併
高動態範圍(HDR)成像在數位攝影中正變得越來越流行,也是單反相機開發的新領域。目前,HDR成像是在拍攝後再後製,當場景動態範圍超過相機動態範圍時,這是一種解決方案。但是,由於HDR後製過程涉及合併多個影像,因此,為了獲得最佳結果,它需要是靜態對象,例如建築物或相對靜止的風景。這在野生動植物攝影中效果不佳。有一個最後的選擇,那就是等條件更適合時返回拍攝您要的影像。通常,這是最佳選擇。
照片合併是一種類似但不是真正的HDR成像。以數位拍攝,可以不再使用漸層鏡。相反地,當對比度太高時,您可以拍攝兩張影像,一張用於高光曝光,另一張用於陰影。然後,使用Photoshop中的合併工具合併兩個檔案,以創建一個從第一張影像的明亮色階和第二張影像的陰影色階中獲取細節的影像。
現今的高階數位單反相機都有提供HDR拍攝功能,利用HDR功能拍攝,相機自動幫您拍攝設置曝光值、正或負1擋等三次(甚至再加上正或負2擋共五次)連拍的影像再合併成一張記錄下來,最後以JPEG格式儲存於記憶卡。如果您希望保存RAW檔而不是JPEG檔,主流數位單反相機提供了別的新功能,我們將在下面和第八章中詳述。
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